Java学习笔记（5）：图形程序设计

AWT(Abstract Window Toolkit)：抽象窗口工具箱，一个用于基本GUI程序设计的类库。
Swing：一个用户界面库，基于AWT架构之上。


创建框架

顶层窗口（就是没有包含在其他窗口中的窗口）被称为框架。AWT中有一个Frame类，用于描述顶层窗口。这个类的Swing版本名为JFrame，它扩展于Frame类。

JFrame示例：

import javax.swing.*;public class SimpleFrameTest{public static void main(String[] args){SimpleFrame frame = new SimpleFrame();frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);frame.setVisible(true);}}class SimpleFrame extends JFrame{public SimpleFrame(){setSize(DEFAULT_WIDTH, DEFAULT_HEIGHT);}public static final int DEFAULT_WIDTH = 300;public static final int DEFAULT_HEIGHT = 200;}

默认情况下，框架的大小为0*0，这种框架没有意义。需要定义一个子类，使用构造器修改框架大小。

在每个Swing程序中，有两点技术需要强调：

首先，所有的Swing组件必须由事件调度进程（event dispatch thread）进行配置，线程将鼠标点击和键盘敲击控制转移到用户接口组件。

下面的代码片段是事件调度线程中的执行代码：

EventQueue.invokeLater(new Runnable(){public void run(){statements}});

接下来，定义一个用户关闭这个框架时的响应动作。对于这个程序而言，只让程序简单地退出即可。选择这个响应动作的语句是：

frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

在包含多个框架的程序中，不能在用户关闭其中的一个框架时就让程序退出。默认情况下，用户关闭窗口时只是将框架隐藏起来，而程序并没有终止。

框架起初是不可见的，程序员可以在框架第一次显示之前往其中添加组件。main方法调用框架的setVisible方法以显示框架。

在初始化语句结束后，main方法退出。此时并没有终止程序，终止的只是主线程。事件调度线程保持程序处于激活状态。

框架定位

• setLocation和setBounds方法用于设置框架的位置。
• setIconImage用于告诉窗口系统在标题栏、任务切换窗口等位置显示哪个图标。
• setTitle用于改变标题栏的文字。
• setResizable利用一个boolean值确定框架的大小是否允许用户改变。

框架属性

组件类的很多方法是以获取/设置这一对操作形式出现的，例如：

public String getTitle()public void setTitle(String title)

针对get/set约定有一个例外：对于类型为boolean属性，获取类方法由is开头，例如：

public boolean isLocationByPlatform()public void setLocationByPlatform(boolean b)

决定框架大小

对于专业应用程序，应检查屏幕分辨率，并根据其分辨率编写代码重置框架大小。

为得到屏幕大小，首先需要调用Toolkit类的静态方法getDefaultToolkit得到一个Toolkit对象。然后，调用getScreenSize方法，返回一个保存着屏幕高宽的Dimension对象：

Toolkit kit = Toolkit.getDefaultToolkit();Dimension screenSize = kit.getScreenSize();int screenWidth = screenSize.width;int screenHeight = screenSize.height;

下面，将框架大小设定为上面取值的50%，然后告知系统定位框架：

setSize(screenWidth / 2, screenHeight / 2);setLocationByPlatform(true);

另外，为框架设置一个图标：

Image img = kit.getImage("icon.gif");setIconImage(img);

提示：

1. 可以通过调用下列方法将框架设置为最大：

frame.setExtendedState(Frame.MAXIMIZED_BOTH);

2. 牢记用户定位应用程序的框架位置、重置框架大小，并且在应用程序再次启动时恢复这些内容是不错的想法。

3. 如果编写一个使用多个屏幕的应用程序，应该利用GraphicsEnviroment和GraphicsDevice类获得显示屏幕的大小。

4. GraphicsDevice类允许在全屏模式下执行应用程序。

在组件中显示信息

在JFrame中有根面板、层级面板、内容面板和玻璃面板四个面板。

其中，根面板、层级面板和玻璃面板人们并不关心。Swing程序员最关心的是内容窗格（content pane）。

在设计框架时，使用下列代码将所有的组件添加到内容窗格中：

Container contentPane = frame.getContentPane();Component c = ...;contentPane.add(c);

绘制一个组件，需要定义一个扩展JComponent的类，并覆盖其中的paintComponent方法。

paintComponent方法有一个Grpahics类型的参数，保存着用于绘制图像和文本的设置。在Java中，所有的绘制都必须使用Graphics对象。

下面代码给出了如何创建一个能够进行绘制的组件：

class MyComponent extends JComponent{public void paintComponent(Graphics g){code for drawing}}

只要窗口需要重新绘图，事件处理器就会通告组件，从而引发执行所有组建的paintComponent方法。

如果需要强制刷新屏幕，可以调用repaint方法。它将引发采用相应配置的Graphics对象调用所有组件的paintComponent方法。

显示文本是一种特殊的绘图。在Graphics类中有一个drawString方法，调用语法格式为：

g.drawString(x, y)

2D图形

要想使用Java 2D库绘制图形，需要获得一个Graphics2D类对象。这个类是Graphics类的子类。

paintComponent方法会自动获得一个Graphics2D类对象，只需进行一次类型转换即可：

public void paintComponent(Graphics g){Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;}

Java2D库包含描述直线、矩形、椭圆的类（全部实现了Shape接口）：

• Line2D
• Rectangle2D
• Ellipse2D

绘制图形时，首先创建一个实现了Shape接口的类的对象，然后调用Graphics2D类中的draw方法：

Rectangle2D rect = ...;draw(rect);

为了避免后缀和类型转换带来的麻烦，2D库设计者为每个图形类提供两个版本（float和double）：

Rectangle2D.Float

Rectangle2D.Double

当创建Rectangle2D.Float对象时，应提供float型数值坐标，而创建Rectangle2D.Double对象时，应提供double型数值的坐标：

Rectangle2D.Float floatRect = new Rectangle2D.Float(10.0F, 25.0F, 22.5F, 20.0F);Rectangle2D.Double doubleRect = new Rectangle2D.Double(10.0, 25.0, 22.5, 20.0);

Rectangle2D方法的参数和返回值均为double类型。例如，即使Rectangle2D.Float对象存储float类型的宽度，getWidth方法也返回一个double值。

Rectangle类和Point类分别扩展于Rectangle2D类和Point2D类，并用整型存储矩形和点。

Rectangle2D和Ellipse2D对象很容易构造，需要给出：

• 左上角的x和y坐标
• 宽和高

有时候不知道左上角位置。经常得到的是矩形两个对焦点，但这两点不一定是左上角和右下角，不能直接这样构造矩形：

Rectangle2D rect = new Rectangle2D.Double(px, py, qx - px, qy - py); // ERROR

如果p不是左上角，矩形就为空。

处理方法：首先创建一个空矩形，然后调用setFrameFromDiagonal方法：

Rectangle2D rect = new Rectangle2D.Double();rect.setFrameFromDiagonal(px, py, qx, qy);

或者，如果已知顶点分别用Point2D类型的两个对象p和q表示，就应该这样调用：

rect.setFrameFromDiagonal(p, q);

构造椭圆时，通常可以知道椭圆的中心，宽和高。setFrameFromCenter方法使用中心点，但仍要给出四个顶点中的一个。

常用做法是：

Ellipse2D ellipse = new Ellipse2D.Double(centerX - width / 2, centerY - height / 2, width, height);

构造直线，需提供起点和终点，这两个点既可以使用Point2D对象表示，也可以用一对数值表示：

Line2D line = new Line2D.Double(start, end);Line2D line = new Line2D.Double(startX, startY, endX, endY);

颜色

使用Graphics2D类的setPaint方法可以为图形环境上所有后续的绘制操作选择颜色，例如：

g2.setPaint(Color.RED);g2.drawString("Warning!", 100, 100);

将draw替换为fill就可以用一种颜色填充一个封闭图形，例如：

Rectangle2D rect = ...;g2.setPaint(Color.RED);g2.fill(rect); // fills rect with red color

在java.awt.Color类中提供了13个预定义的常量，表示13种标准颜色：

BLACK, BLUE, CYAN, DARK_GRAY, GRAY, GREEN, LIGHT_GRAY, MAGENTA, ORANGE, PINK, RED, WHITE, YELLOW

可以通过红、绿和蓝三色成分来创建一个Color对象，范围0~255，调用格式为：

Color(int redness, int greenness, int blueness)

例：

g2.setPaint(new Color(0, 128, 128)); // a dull blue-greeng2.drawString("Welcome!", 75, 125);

注：如果使用Graphics对象，而不是Graphics2D对象，就需要使用setColor方法设置颜色。

要想设置背景颜色，就需要使用Component类中的setBackground方法：

MyComponent p = new MyComponent();p.setBackground(Color.PINK);

另外，还有一个setForeground方法，用来设定在组件上进行绘制时使用的默认颜色。

Color类中的brighter()方法和darker()方法分别加亮或变暗当前颜色。使用brighter方法也是加亮条目的好办法。希望达到耀眼的效果，可以使用三次：c.brighter().brighter().brighter()。

SystemColor类中预定义了很多类的名字，这个类中的常量，封装了用户系统的各个元素的颜色，例如：

p.setBackground(SystemColor.window)

它将把面板的背景颜色设定为用户界面上所有窗口使用的默认颜色。系统颜色desktop桌面背景颜色textText文本前景颜色activeCaption标题背景颜色textInactiveText非活动组件文本颜色activeCaptionText标题文本颜色textHighlight高亮度文本背景颜色activeCaptionBorder标题文本边框颜色textHighlightText高亮度文本文本颜色inactiveCaption非活动标题背景颜色control组件背景颜色inactiveCaptionText非活动标题文本颜色controlText组件文本颜色inactiveCaptionBorder非活动标题文本边框颜色controlLtHighlight组件浅高亮度颜色Window窗口背景controlHighlight组件高亮度颜色windowBorder窗口边框颜色controlShadow组件阴影颜色windowText窗口内文本颜色controlDkShadow组件暗阴影颜色menu菜单背景颜色scrollbar滚动条背景颜色menuText菜单文本颜色info帮助区文本的颜色text文字背景颜色infoText帮助区的文本颜色
为文本设定特殊字体
可以通过调用GraphicsEnviroment类中的getAvailableFontFamilyName方法返回计算机上允许使用的字体。这个方法返回一个字符型数组，包含了所有可用的字体名。为了得到GraphicsEnviroment类的对象，需要调用静态的getLocalGraphicsEnviroment方法，下面程序将打印出系统上所有字体名：

import java.awt.*;public class ListFonts{public static void main(String[] args){String[] fontNames = GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment().getAvailableFontFamilyNames();for (String fontName : fontNames)System.out.println(fontName);}}

为了创建一个公共基准，AWT定义了五个逻辑（logical）字体名：

SansSerif

Serif

Monospaced

Dialog

DialogInput

这些字体将被映射到客户机上的实际字体。

另外，Sun JDK包含3种字体：Lucida Sans，Lucida Bright，Lucida Sans Typewriter。

要想使用某种字体绘制字符，必须首先利用指定的字体名、字体风格和字体大小来创建一个Font对象，例如：

Font sansbold14 = new Font("SansSerif", Font.BOLD, 14);

第三个参数是以点数目计算字体大小，每英寸包含72个点。

第二个参数可以给出字体风格（常规/加粗/斜体/加粗斜体）：Font.PLAN，Font.BOLD，Font.ITALIC，Font.BOLD + Font.ITALIC。

可以通过从磁盘文件或URL读取TrueType或PostScript Type 1格式的字体文件，然后调用静态方法Font.createFont：

URL url = new URL("http://www.fonts.com/Wingbats.ttf");InputStream in = url.openStream();Font f1 = Font.createFont(font, TRUETYPE_FONT, in);

上面定义的字体为常规字体，大小为1.可以使用deriveFont方法得到希望大小的字体：

Font f = f1.deriveFont(14.0F);

注：deriveFont有两个重载版本，除了上述版本，还有一个版本接受一个int参数，用来设置字体风格，所有deriveFont(14)设置的是字体风格，不是大小。

下面代码使用系统中14号加粗的标准sans serif字体显示字符串“Hello, world”：

Font sansbold14 = new Font("SansSerif", Font.BOLD, 14);g2.setFont(sansbold14);String message = "Hello, world!";g2.drawString(message, 75, 100);

接下来，将字符串绘制在面板中央，而不是任意位置。因此，需要知道字符串占据的宽和高的像素数量。这两个值取决于三个因素：

• 使用的字体
• 字符串
• 绘制字体的设备

要想得到屏幕设备字体属性的描述对象，需要调用Graphics2D类中的getFontRenderContext方法。它将返回一个FontRenderContext类对象。可以直接将这个对象传递给Font类的getStringBounds方法：

FontRenderContext context = g2.getFontRenderContext();Rectangle2D bounds = f.getStringBounds(message, context);

getStringBounds方法返回包围字符串的矩形。这个矩形始于字符串的基线，矩形顶部的y坐标为负值。可以采用下面的方法获得字符串的宽度、高度和上坡度：

double stringWidth = bounds.getWidth();double stringHeight = bounds.getHeight();double ascent = -bounds.getY();

如果需要知道下坡度或行间距，可以使用Font类的getLineMetrics方法。这个方法返回一个LineMetrics类对象，获得下坡度和行间距的方法是：

LineMetrics metrics = f.getLineMetrics(message, context);float descent = metrics.getDescent();float leading = metrics.getLeading();

下面代码使用了所有这些信息，将字符串显示在包围它的组件中央：

FontRenderContext context = g2.getFontRenderContext();Rectangle2D bounds = f.getStringBounds(message, context);// (x, y) = top left corner of textdouble x = (getWidth() - bounds.getWidth()) / 2;double y = (getHeight() - bounds.getHeight()) / 2;// add ascent to y to reach the baselinedouble ascent = -bounds.getY();double baseY = y + ascent;g2.drawString(message, (int)x, (int)baseY);

注：若要在paintComponent方法外部计算布局图的尺度，应使用JComponent类的getFontMetrics方法，而后紧接着调用getFontRenderContext：

FontRenderContext context = getFontMetrics(f).getFontRenderContext();

图像

如果图像存储在本地文件中，就应该调用：

String filename = "...";Image image = ImageIO.read(new File(filename));

否则，应提供URL：

String urlname = "...";Image image = ImageIO.read(new URL(urlname));

如果图像不可用，read方法将抛出一个IOException。

可以使用Graphics类的的drawImage方法将图像显示出来：

public void paintComponent(Graphics g){...g.drawImage(image, x, y, null);}